[논문 리뷰] Search for Technicolor Particles Produced in Association with W Boson at CDF

Y. Nagai, T. Masubuchi외 2명|ArXiv.org|2008. 08. 02.

Atomic and Subatomic Physics Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 CDF II 검출기에서 확보한 1.9 fb⁻¹의 데이터를 이용해 √s = 1.96 TeV에서의 proton-antiproton 충돌에서 W 보손과 연관된 기술색역 입자—특히 기술리오(ρT)와 기술피온(πT)—를 위한 탐색을 제시한다. b-태그된 제트와 신경망 풍미 분리 기법을 적용한 W + 2제트 최종 상태를 분석함으로써, 95% 신뢰수준에서 ρT–πT 질량 평면 상의 배제 영역을 설정하였으며, WπT 생성의 운동학적 한계 근처를 제외하고는 180–250 GeV/c² 사이의 질량이 배제된다.

ABSTRACT

We present a search for technicolor particles decaying into $b\bar b$, $b\bar c$ or $b\bar u$ and produced in association with $W$ bosons in $p\bar p$ collisions at $\sqrt{s}= 1.96 \mathrm{TeV}$. The search uses approximately $1.9 \mathrm{fb}^{-1}$ of the dataset accumulated in the CDF II detector at the Fermilab Tevatron. We select events matching the $W$ + 2-jets signature and require at least one jets to be identified as $b$-quark jets. In the case of exactly one vertex $b$-tagged events, we apply a neural network flavor separator to reject contamination from charm and light quark jets. The number of tagged events and the invariant mass distributions of $W+2$ jets and dijets are consistent with the Standard Model expectations. We succeed to set a large 95% confidence level excluded region on the $π_{T}$ mass v.s. $ρ_{T}$ mass plane.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서의 p¯p 충돌에서 기술색역 모델의 예측하는 기술색역 입자—특히 ρT 및 πT 공명—이 W 보손과 연관되어 생성되는지 탐색한다.
• 기본역학의 대안으로서 기술색역 이론이 전자약력 대칭 깨짐을 설명할 수 있는지 검증하기 위해, ρT → WπT → ℓνb¯b, b¯c, 또는 b¯u 붕괴를 통해 공명적으로 생성되는 경우를 탐색한다.
• 이차 정점 태깅 및 신경망 풍미 분리 기법을 포함한 고급 b-태깅 기술을 통해 신호 대 배경 비율을 향상시킨다.
• 관측된 데이터를 바탕으로 모델 독립적인 95% 신뢰수준(CL) 배제 한계를 ρT 및 πT 질량에 대해 설정한다.

제안 방법

• 고에너지 전자 또는 뮤온 트리거를 이용해 이벤트를 선별하고, /ET > 20 GeV, 두 개의 제트(ET > 20 GeV 및 |η| < 2.0), 그리고 이차 정점 태깅을 통해 적어도 한 개의 b-태그된 제트를 요구한다.
• 단일 b-태그 이벤트에 대해 신경망 b-태깅 알고리즘을 적용하여 b-제트, c-제트, 그리고 경량 쿼크 제트를 구분함으로써, 신호 순도를 향상시키면서 약 90%의 신호 효율을 유지한다.
• 중력자 질량 제약 조건을 이용해 중성미온의 pz를 구하고, 절댓값이 작은 해를 선택함으로써 W + 2제트의 진동 질량을 재구성한다.
• Q-값은 Q = m(ρT) – m(πT) – m(W)로 정의되며, 신호와 배경을 분리하기 위해 2차원 빈 분할 최대우도 적합에 사용되는 운동학적 분류 기준이다.
• 배경 기여는 데이터 기반 방법으로 추정한다: 부정확한 태깅 비율은 음성 태깅에서 추정하고, W + 무거운 풍미 제트는 ALPGEN+PYTHIA 시뮬레이션에서 추정하며, QCD 가짜 W 신호는 /ET 옆구리 영역에서 레프톤 고립 비율을 통해 추정한다.
• 체계적 불확실성은 레프톤 식별, 트리거, b-태깅, ISR/FSR, PDFs, 제트 에너지 스케일에 대해 평가되었으며, b-태깅 불확실성은 최대 17.0%에 이른다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 데이터에서 W + 2제트 최종 상태에서 공명적 ρT → WπT → ℓνb¯b, b¯c, 또는 b¯u 붕괴에 부합하는 사건 수의 유의미한 초과가 나타나는가?
• RQ2 유의미한 신호가 없음에도 불구하고, 기술색역 모형의 기술색역 모형(기본 기술색역 모델)에 대해 ρT–πT 질량 평면 상의 95% 신뢰수준 배제 영역은 무엇인가?
• RQ3 신경망 및 이차 정점 b-태깅 알고리즘이 단일 b-태그 이벤트에서 c-제트 및 경량 쿼크 제트의 배경을 얼마나 효과적으로 억제하는가?
• RQ4 특히 b-태깅 및 제트 에너지 스케일에 기인한 체계적 불확실성은 배제 한계에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ5 WπT 및 πTπT 쌍 생성의 운동학적 한계는 ρT–πT 평면 상의 배제 영역을 어떻게 형성하는가?

주요 결과

• 표준모형 배경 예측을 초과하는 W + 2제트 또는 디제트의 진동 질량 분포에서 유의미한 사건 초과는 관측되지 않았다.
• ρT–πT 질량 평면 상에서 95% 신뢰수준의 배제 영역이 확립되었으며, 기술리오 입자의 질량 범위 180–250 GeV/c²가 배제된다.
• WπT 생성의 운동학적 한계 근처를 제외하고는 배제 영역이 무효화되지 않으며, 특히 m(ρT) ≥ 220 GeV/c² 및 m(πT) ≥ 125 GeV/c²인 경우에만 해당된다.
• 신경망 b-태깅 알고리즘이 단일 b-태그 이벤트에서 신호 대 배경 비율을 향상시켰으며, 약 90%의 신호 효율을 유지하면서 c-제트 및 경량 쿼크 제트를 억제하였다.
• 신호 수용도에 대한 체계적 불확실성은 1.8%에서 17.0% 사이이며, b-태깅 불확실성이 최대 17.0%로 가장 크다.
• 최종 배제 영역은 이중 이차 정점 태깅, 한 개의 이차 정점 + 한 개의 제트 확률 태깅, 한 개의 이차 정점 + 신경망 태깅 카테고리 전반에서 일관되며, 강건성을 입증한다.